en Vernieuwingsscenario met partiele bovenleiding

RailEvent
Elektrificatie- en vernieuwingsscenario
met partiële bovenleiding
Datum:
28 april 2014
Versie:
2.1
Opdrachtgevers:
ProRail, prv. Gelderland, prv. Groningen en prv. Fryslân
Opdrachtnemer:
Strukton
Onderaannemer: RailEvent
Auteurs:
ir. A. Jansons, ing. M.A.M. Kaanders, ing. N. Toet
Projectnummer:
Rapportnummer:
381099
STP/RE/14-58/01
RailEvent
Inhoudsopgave:
Managementsamenvatting
3
1
Inleiding
7
2
Doel van het onderzoek
7
3
Het concept partiële bovenleiding
3.1 Beschrijving concept
3.2 Overzicht toepassingsmogelijkheden
3.3 Overzicht risico’s
3.4 Samenvattend schema voor-/nadelen
8
8
9
10
10
4
Samenvatting uitgevoerde studies partiële bovenleiding
4.1 RailEvent 2007, case Apeldoorn - Zutphen, o.g. prv. Gelderland
4.2 Strukton 2010, draadloos groen
4.3 RailEvent 2011, update case Apeldoorn - Zutphen, o.g. ProRail
4.4 RailEvent 2011, vernieuwing bvl Mariënberg - Emmen, o.g. ProRail
4.5 RailEvent/Strukton 2012, voorstel praktijkproef, o.g. ProRail
4.6 RailEvent 2013, case Zevenaar - Winterswijk, o.g. prv. Gelderland
12
12
13
13
14
15
16
5
Casestudies
5.1 Groningen - Leeuwarden
5.2 Zevenaar - Doetinchem
5.3 Effect 3000 Volt i.p.v. 1500 Volt tractiespanning
18
18
20
21
6
Elektrificatie- en vernieuwingsscenario III
6.1 Beschrijving van het scenario
6.2 Business case en Ombouwkosten
6.3 Implementatievoorstel
23
23
23
25
7
Conclusies en aanbevelingen
7.1 Conclusies
7.2 Open einden
7.3 Go/No go issues
7.4 Aanbevelingen m.b.t. vervolgstappen
27
27
28
28
29
Referenties
29
Bijlagen
30
2
RailEvent
Managementsamenvatting
Inleiding
Het tijdperk van de elektrische auto komt steeds meer naderbij. De eerste elektrische trein reed
al in 1908 over de Hofpleinlijn tussen Rotterdam en Den Haag. Het gestroomlijnde
dieselmaterieel werd in 1934 geïntroduceerd voor de niet geëlektrificeerde lijnen. Elektrische
energie is tegenwoordig schoon op te wekken zonder dat daarbij het broeikasgas CO2 vrijkomt.
In Nederland bevindt zich nog bijna 600 km spoorbaan zonder bovenleiding, waar met
dieseltreinstellen gereden wordt. Het wordt tijd dat de spoorsector met een milieuvriendelijk
alternatief komt voor de dieseltractie. Partiële bovenleiding is een kansrijke optie om
dieseltractie te vervangen door elektrische tractie.
Partiële bovenleiding
Bij het concept ‘partiële bovenleiding’ wordt slechts een deel van het baanvak van bovenleiding
voorzien. De bovenleiding wordt alleen bij de stations en de naaste omgeving van het station
aangelegd. Het versnellen van de trein, waarbij de meeste energie gevraagd wordt, gebeurt
onder de draad. Bij het rijden met een constante snelheid ontvangt de trein elektrische energie
uit de accu’s aan boord van de trein. Tijdens het remmen wordt de remenergie weer opgeslagen
in de accu’s. Indien nodig worden de accu’s op het station weer verder opgeladen.
Toepassingen in vernieuwingsscenario III
In dit rapport wordt een scenario, het zogenaamde scenario III, beschreven, waarbij op alle niet
geëlektrificeerde baanvakken de dieseltractie vervangen wordt door elektrisch aangedreven
treinen. Tevens valt onder scenario III de mogelijkheid om bestaande geëlektrificeerde
baanvakken met weinig treinverkeer te vernieuwen met partiële bovenleiding. Uit deze studie
kwam naar voren, dat hiervoor 7 baanvakken in aanmerking komen. Echter alle 7 baanvakken
vielen af, omdat:
 voor 3 baanvakken de vernieuwing pas na 2060 aan de orde is;
 bij 1 baanvak de heavy rail wordt vervangen door een sneltram (Schiedam - Hoek v.H.);
 de treinfrequentie inmiddels is toegenomen;
 het baanvak gebruikt wordt als omleidingsroute voor ICE c.q. goederentreinen;
 het baanvak te korte halteafstanden heeft van minder dan 2 kilometer.
Ook op het hoofdrailnet zijn toepassingen van partiële bovenleiding denkbaar, zoals:
 besparing op de infrastructuur in tunnels en bij beweegbare bruggen;
 oplossing voor de problematiek van de open span inrichting;
 noodstroomvoorziening voor hulpverbruik en/of tractie;
 gelijkmatige belasting van onderstations (kostenbesparing door peakshaving);
 het doorkruisen van een emplacement met een afwijkende bovenleidingspanning,
bijvoorbeeld bij een toekomstig 3000Volt-systeem.
Deze toepassingen zijn niet uitgewerkt in dit rapport, omdat NS een lage prioriteit geeft aan deze
toepassingen, maar ze vallen in theorie wel onder scenario III. In deze studie komt daardoor de
nadruk te liggen op partiële bovenleiding als alternatief voor dieseltractie op regionale lijnen.
Bovendien dragen de provincies (Groningen, Fryslân, Gelderland) bij in de kosten van dit
onderzoek.
3
RailEvent
Voordelen
Scenario III kent m.b.t. de dieselbaanvakken de volgende voordelen:
 de netto jaarlasten zijn € 13 miljoen lager dan bij dieseltractie bij de huidige dieselprijs,
respectievelijk € 18 miljoen bij een stijgende dieselprijs;
 65.000 ton minder uitstoot van het broeikasgas CO2;
 minder lokale milieuvervuiling m.b.t. stikstofoxiden, koolmonoxide en fijn stof.
Deze voordelen worden gerealiseerd met het concept partiële bovenleiding.
Scenario III vraagt een investering van circa € 220 miljoen in de bovenleiding en onderstations,
terwijl voor volledige elektrificatie een investering van circa € 500 miljoen nodig is. De ombouw
van het bestaande GTW dieselmaterieel naar elektrisch materieel met Li ion accu’s is begroot op
€ 57 miljoen. Omdat dieseltractie duurder is dan elektrische tractie met name qua onderhoud en
energie(afschaffen rode diesel), verdient deze investering zich binnen 8 jaar (stijgende dieselprijs)
tot 10 jaar (huidige dieselprijs) terug. Bovendien wordt tot 30% energie bespaard door het
hergebruik van remenergie.
Risico’s
Expliciet is gevraagd naar de risico’s van partiële bovenleiding. De belangrijkste risico’s en
mitigerende maatregelen zijn:
 kans op een lege accu; de accu’s zijn i.v.m. de vereiste levensduur overgedimensioneerd
en steeds voor minimaal 70% gevuld;
 lek raken van de accu’s bij een aanrijding; toepassing van Li ijzerfosfaat accu’s levert
geen gevaar op;
 een te hoge laadstroom beschadigt bij stilstand de rijdraad; begrenzing van de
laadstroom regelen in het batterijmanagementsysteem (BMS).
Door de mitigerende maatregelen zijn de risico’s beheersbaar.
Ook kan partiële bovenleiding gezien worden als een strategische tussenstap naar volledige
elektrificatie.
In dit rapport worden de resultaten van de volgende studies samengevat:
1. Partiële bovenleiding case Apeldoorn - Zutphen, RailEvent, 2007, opdrachtgever prv.
Gelderland.
Dit was een innovatiestudie, waarbij trechtering van de varianten heeft
plaatsgevonden. Zo bleken supercaps minder geschikt te zijn in de toepassing partiële
bovenleiding. In deze studie werd de positieve business case van partiële bovenleiding
voor het eerst aangetoond.
2. Draadloos Groen, interne studie Strukton, 2010.
Aanleiding van deze studie was de nieuwe mogelijkheden van Li ion accu’s.
Als toepassingen zijn genoemd: hergebruik van remenergie en partiële bovenleiding
bij trams, goedkoper bouwen van bovenleiding, noodstroomvoorziening en het
gezamenlijke project met RailEvent: partiële bovenleiding als alternatief voor
dieseltractie.
3. Update case Apeldoorn - Zutphen, RailEvent, 2011, opdrachtgever ProRail.
In deze studie zijn de nieuwe mogelijkheden van Li ion accu’s meegenomen en is het
kostenmodel iets aangepast. Opnieuw werd de positieve business case van partiële
bovenleiding aangetoond.
4. Case vernieuwing bestaande bovenleiding Mariënberg - Emmen, RailEvent, 2011,
opdrachtgever ProRail.
4
RailEvent
Bij weinig treinverkeer is partiële bovenleiding een goedkoper alternatief voor
volledige bovenleiding, mits er geen exploitatieve beperkingen zijn zoals de
aanwezigheid van goederentreinen.
5. Voorstel voor een praktijkproef partiële bovenleiding, Strukton&RailEvent, 2012,
opdrachtgever ProRail.
6. Partiële bovenleiding case Zevenaar - Winterswijk, RailEvent&PTADC, 2013,
opdrachtgever prv. Gelderland
In deze studie worden twee subvarianten van partiële bovenleiding vergeleken:
a. dieselhybride treinen (elektrische trein, die tevens een dieselmotor heeft)
b. elektrische trein met Li ion accu’s (accumulatortrein)
De variant partiële bovenleiding met accumulatortrein bleek de meest economische
variant. Echter, de hybride trein is technisch een stap verder en vereist geen
praktijkproef.
Casestudies
In dit rapport zijn in overleg met de betrokken provincies twee case studies uitgevoerd:
1. Groningen - Leeuwarden. Deze lijn staat voorop als het gaat om elektrificatie van de
regionale lijnen in Noord Nederland. Op dit baanvak komen sneltreinen voor, waardoor
het effect van sneltreinen op de business case in beeld gebracht wordt. Bij volledige
elektrificatie is er sprake van een enorme investeringsdrempel van ruim € 100 miljoen.
Partiële bovenleiding leidt tot een investering van € 77 miljoen (inclusief onderstations).
De jaarlijkse netto besparing t.o.v. de huidige dieseltractie bedraagt ca. € 1,0 miljoen bij
de huidige dieselprijs, respectievelijk € 1,4 miljoen bij een stijgende dieselprijs. De
besparing t.o.v. volledige elektrificatie bedraagt ca. € 1,0 miljoen. In deze resultaten zijn
de kosten van een 10 kV aansluiting op verzoek van de provincie Groningen meer in
detail meegenomen.
2. Zevenaar - Doetinchem. Dit trajectdeel staat op de nominatie om op korte termijn
volledig geëlektrificeerd te worden. De jaarlijkse besparing bij toepassing van partiële
bovenleiding t.o.v. volledige elektrificatie bleek slechts € 0,1 miljoen te zijn. Uit
strategische overwegingen wordt geadviseerd het trajectdeel Zevenaar - Doetinchem
volledig te elektrificeren, omdat:
> de winst beperkt is en niet onderscheidend;
> het een testtraject voor partiële bovenleiding kan worden voor Doetinchem Winterswijk, met een positieve business case van € 1,8 miljoen netto kostenbesparing
per jaar.
De toekomstige invoering van een 3kV-tractiespanning bleek weinig effect te hebben op de
resultaten en conclusies. Alleen de energieverliezen in de bovenleiding nemen daardoor iets af.
Conclusies en aanbevelingen
De eindconclusie is dat op basis van de uitgangspunten in dit rapport vervangingsscenario III een
sterk positieve business case heeft. Het betreft daarbij het onderdeel vervangen dieseltractie
door partiële bovenleiding op alle niet-geëlektrificeerde lijnen. Omdat deze business case positief
is, is financiering met bespaarde investeringen bij vernieuwing van het geëlektrificeerde net door
partiële bovenleiding niet noodzakelijk. Bovendien is in dit rapport aangegeven dat er geen
bestaande geëlektrificeerde baanvakken zijn, die voor vernieuwing met partiële bovenleiding in
aanmerking komen.
5
RailEvent
In dit rapport is een implementatieplan beschreven, waarbij rekening gehouden wordt met de
looptijd van de huidige concessies en de vereiste beproevingen. De realisatie strekt zich uit over
een periode van 10 jaar (2015-2025) en vraagt een investering van gemiddeld € 22 miljoen per
jaar.
De belangrijkste aanbeveling is om op korte termijn een nachtelijke praktijkproef met de
accutrein te organiseren, waarbij het concept partiële bovenleiding in de praktijk wordt
uitgetest.
6
RailEvent
1
Inleiding
Een substantieel deel van de huidige bovenleiding in Nederland dateert uit de jaren vijftig van de
vorige eeuw. Vanuit het Platform RITS, Rail Innovatief Technologische Samenwerking, wordt
onder meer nagedacht over hoe de bovenleiding op leeftijd innovatief en tegen zo laag
mogelijke kosten vervangen kan worden. In het platform RITS werken ProRail, de
spooraannemers en de ingenieursbureaus samen. Aan Strukton is gevraagd om in samenwerking
met RailEvent een vernieuwingsscenario van de bovenleiding op te stellen, waarbij het concept
partiële bovenleiding wordt toegepast. Het ProRail management stelde als voorwaarde, dat
vervoerders en/of opdrachtgevende provincies mee participeren in het onderzoek naar dit
scenario. De provincies Groningen, Fryslân en Gelderland zijn bereid gevonden om deze opdracht
voor 50% mee te financieren.
Het concept partiële bovenleiding is een innovatie uit 2007, die RailEvent in opdracht van de
provincie Gelderland heeft ontwikkeld [1]. In dit concept worden bij regionale niet
geëlektrificeerde lijnen alleen de delen in en nabij de stations van bovenleiding voorzien.
Hiermee wordt vervuilende dieseltractie vervangen door schone elektrische tractie met groen
opgewekte stroom. Bovendien bleek met dit concept een aanzienlijke kostenbesparing
mogelijk te zijn. Na 2007 zijn er nog diverse onderzoeken uitgevoerd naar dit kansrijke concept.
In hoofdstuk 2 wordt het doel van het onderzoek beschreven. In hoofdstuk 3 wordt het
concept partiële bovenleiding uitgelegd en worden de toepassingsmogelijkheden, risico’s en
voor-/nadelen besproken. In hoofdstuk 4 worden alle studies die tot op heden zijn uitgevoerd,
samengevat. Hoofdstuk 5 bevat twee casestudies: Groningen - Leeuwarden en Zevenaar Doetinchem. Met de resultaten van de casestudies en de resultaten uit eerdere onderzoeken,
zijn de financiële effecten geëxtrapoleerd naar het hele regionale net. De resultaten zijn
beschreven in hoofdstuk 6: elektrificatie en vernieuwingsscenario III. Tenslotte eindigt het
rapport met hoofdstuk 7, waarin de conclusies, open einden, Go/No Go issues en
aanbevelingen verwoord staan.
2
Doel van het onderzoek
Het doel van het onderzoek is een bovenleidingvernieuwingsplan c.q. nieuwbouwplan op te
stellen, waarbij gebruik gemaakt wordt van het concept partiële bovenleiding. Wat betreft de
bovenleidingvernieuwing wordt In dit onderzoek nagegaan wat de toepassingsmogelijkheden
zijn op het geëlektrificeerde hoofdrailnet en op het regionale geëlektrificeerde net met relatief
weinig treinverkeer (halfuurdienst). Het idee is om met een eventuele besparingen op het
geëlektrificeerde net ook de regionale lijnen te elektrificeren.
7
RailEvent
3
Het concept partiële bovenleiding
3.1
Beschrijving concept
Bij het concept ‘partiële bovenleiding’ wordt slechts een deel van het baanvak van bovenleiding
voorzien. De bovenleiding wordt alleen bij de stations en de naaste omgeving van het station
aangelegd. Het versnellen van de trein, waarbij de meeste energie gevraagd wordt, gebeurt
onder de draad. Bij het rijden met constante snelheid ontvangt de trein elektrische energie uit
accu’s aan boord van de trein. Tijdens het remmen wordt de remenergie weer opgeslagen in de
accu’s. Indien nodig worden de accu’s op het station weer verder opgeladen. In figuur 3.1.1 is het
beschreven proces weergegeven.
Remenergie
opgeslagen in accu
accu
Energie trein uit
accu
Energie trein uit
bovenleiding
Klarenbeek
Voorst/Empe
Figuur 3.1.1 Partiële bovenleiding met de accumulatortrein
Een derde van het baanvak wordt van bovenleiding voorzien, waardoor de investeringen en
onderhoudskosten van de bovenleiding met twee derde afnemen. Bovendien is een besparing
tot ca. 30% op het totale verbruik van elektrische voertuigenergie mogelijk, omdat de
remenergie wordt teruggewonnen. In figuur 3.1.2. is voor het baanvak Apeldoorn - Zutphen
aangegeven, waar nieuwe bovenleiding moet worden aangelegd.
Apeldoorn
De Maten
Klarenbeek
Voorst Empe
Zutphen
Bestaande bovenleiding
Nieuwe bovenleiding
Geen bovenleiding
Figuur 3.1.1 Partiële bovenleiding met de accumulatortrein
Met partiële bovenleiding kan de huidige dieseltractie op regionale lijnen vervangen worden
door elektrische tractie. De voordelen van elektrische tractie met partiële bovenleiding t.o.v.
dieseltractie zijn: lagere netto jaarlasten, zero CO2 emissie bij toepassing van zon-/wind energie,
geen uitstoot van schadelijke stoffen(fijn stof, roet, stikstofoxide, koolmonoxide), veel minder
lawaai-overlast, verkorting van de rijtijd door een snellere aanzet.
8
RailEvent
3.2
Overzicht toepassingsmogelijkheden
Partiële bovenleiding in combinatie met de accumulatortrein kent verschillende
toepassingsmogelijkheden:
1. alternatief voor dieseltractie op regionale lijnen;
2. goedkopere oplossing voor volledig geëlektrificeerde lijnen met relatief weinig
treinverkeer (max. 4 treinen per uur per richting);
3. Toepassingen op het hoofdrailnet
Het alternatief voor dieseltractie op regionale lijnen biedt kansen voor lagere jaarlasten en biedt
aanzienlijke milieuvoordelen. De baanvakken genoemd in tabel 3.2.1 komen in aanmerking voor
optie 2 ‘goedkoper alternatief voor volledige elektrificatie’.
Baanvak
Mariënberg-Emmen
Barneveld Noord - Ede
De Haar-Rhenen
Den Dolder-Baarn
Geldermalsen - Dordrecht
Maassluis-Hoek van Holland
Landgraaf - Kerkrade
Goederen ja/nee
ja
ja
nee
nee
nee
ja
nee
Gepland bvl vernieuwing jaar
2067
2031
2061
2025
2033
2015
2066
Tabel 3.2.1 Geëlektrificeerde baanvakken met relatief weinig treinverkeer.
De accumulatortrein biedt ook op het geëlektrificeerde hoofdrailnet voordelen, zoals:
a. noodstroomvoorziening voor het hulpverbruik bij het wegvallen van de
bovenleidingspanning;
b. noodstroomvoorziening voor tractie bij het wegvallen van de bovenleidingspanning;
c. opslaan van zonne-energie van treinen voorzien van zonnefolie op het dak;
d. betere tunnelveiligheid bij stremmingen in tunnels;
e. oplossing voor de problematiek van de open span inrichting;
f. gelijkmatige belasting van onderstations, waarbij perioden van extra energievraag
worden opgevangen door de accu’s in de trein;
g. het doorkruisen van eilanden met een afwijkende bovenleidingspanning, bijvoorbeeld
25kV of 3 kV;
h. meer mogelijkheden om geen bovenleiding boven beweegbare bruggen toe te passen.
Partiële bovenleiding -zoals bij regiolijnen is gedacht- is geen optie voor het hoofdrailnet, omdat
dan alle treinen van accu’s moeten worden voorzien inclusief de goederenlocomotieven en
internationale treinen. Bovengenoemde toepassingen a t/m h zijn wel interessant, omdat de te
overbruggen afstand zonder bovenleiding beperkt is, zodat de accucapaciteit relatief beperkt kan
blijven. De toepassingen a t/m d zullen meer uit beschikbaarheids- en veiligheidsoverweging
voortkomen dan uit kostenoverwegingen. Bij e t/m h spelen kostenoverwegingen een rol.
Partiële bovenleiding kan ook in combinatie met hybride treinen toegepast worden, die zowel
met elektrische als met dieselaandrijving kunnen rijden. Het rijden met hybride treinen is relatief
duur vanwege de beide tractiesystemen aan boord en het geeft een beperkt milieuvoordeel.
9
RailEvent
Hybride treinen hebben wel exploitatieve voordelen, omdat een doorgaande lijnvoering van
geëlektrificeerd naar een niet geëlektrificeerd baanvak mogelijk is. Energiebesparing is alleen
mogelijk door remenergie aan de bovenleiding terug te voeden.
3.3
Overzicht risico’s
Het concept partiële bovenleiding is een innovatie. Aan elke innovatie kleven risico’s, maar deze
zijn beheersbaar.
Succesvolle innovaties doorlopen de volgende stappen:
1. Verkenning
2. Haalbaarheid 3. Ontwikkeling
4. Pilot (praktijkproef)
Bovengenoemde stappen beperken de risico’s van een innovatie. Na elke fase vindt er een go/no
go besluit plaats op weg naar de volgende fase. Op dit moment zijn de verkennings- en
haalbaarheidsfase afgerond. Partiële bovenleiding is een combinatie van bestaande technieken
in een nieuw concept, waardoor fase 3 Ontwikkeling qua inspanning beperkt is. Er wordt gebruik
gemaakt van de bestaande mogelijkheden van Li ion accu’s. Overigens gaat de ontwikkeling Li
ion accu supersnel: de prijzen dalen met de dag en de prestaties qua energie-inhoud, vermogen
en levensduur bevinden zich eveneens in een stijgende lijn.
Bij partiële bovenleiding onderkennen we de volgende risico’s:
1. De inzet van de Li ion accu’s met een combinatie van veel cycli en relatief hoge
vermogens binnen een breed temperatuurbereik kan in de praktijk leiden tot een
onverwacht korte levensduur van de accu’s.
2. De laadstroom overschrijdt bij stilstand de maximale waarde, waardoor de bovenleiding
wordt beschadigd.
3. Kans op lege accu.
4. Vrijkomen van energie bij een aanrijding b.v. brand.
5. De samenwerking met één of meer provincies mislukt, waardoor het toepassingsgebied
te beperkt blijft.
6. Idem met vervoerders.
7. De technische en economische parameters uit de business case blijken in de praktijk af
te wijken van de aangenomen waarden in de haalbaarheidsstudie; bijvoorbeeld het
gerecupereerde vermogen of de prijs van een chopper.
8. De betrouwbaarheid van het systeem blijkt in de praktijk lager dan verwacht.
In tabel 3.3.1 staan de risico’s van partiële bovenleiding weergegeven en zijn mitigerende
maatregelen beschreven om de risico’s te beperken.
De conclusie is dat de risico’s door mitigerende maatregelen beheersbaar zijn door als
eerstvolgende stap een praktijkproef uit te voeren.
3.4
Samenvattend schema voor-/nadelen
De voor- en nadelen van partiële bovenleiding als alternatief voor de dieseltractie zijn
samengevat in tabel 3.4.1.
De voor- en nadelen van partiële bovenleiding bij vernieuwing van bestaande geëlektrificeerde
trajecten zijn samengevat in tabel 3.4.2.
10
RailEvent
Omschrijving
1. Levensduur accu’s korter dan verwacht
Kwant.
M
2. Laadstroom beschadigt bij stilstand de
bovenleiding
3. lege accu
M
4. Gevolgen bij aanrijding
5. Samenwerking provincies mislukt
L
M
6. Samenwerking vervoerders mislukt
M
7. Technische en economische parameters wijken af
M
8. Betrouwbaarheid is lager
M
L
Mitigerende maatregelen
Verouderingsmeting in de praktijkproef
Begrenzing vermogen, DOD in BMS bewaken *)
Optimalisatie van bepalende parameters
Snelheidsafh. stroombegrenzing in BMS
Twee pantografen gebruiken
Door noodzakelijke overdimensionering i.v.m.
levensduur is de accu voor minimaal 70% geladen
Toepassen van Li ijzerfosfaat batterijen
In alle fasen gezamenlijk optrekken
Rijk knoop laten doorhakken
Provincies kunnen de vervoerders aansturen als
opdrachtgevende instantie
Uitvoeren praktijkproef
Bijstellen conceptparameters
Uitvoeren praktijkproef
Bijstellen concept (v.b. redundantie) o.g.v. oorzaak
Tabel 3.3.1 Overzicht risico’s en mitigerende maatregelen, M=Middelmatig risico, L=Laag risico
*) BMS=Batterij Management Systeem, DOD= Depth of Discharge.
Voordelen
Positieve business case door:
> dure diesel (afschaffing rode diesel)
> hergebruik remenergie levert een besparing op tot max.
30% van het totale verbruik van elektrische energie van
het voertuig (stoptreinen)
> tweederde besparing aanleg bovenleiding
> tweederde besparing op onderhoud bovenleiding
> besparing op onderhoud en invest. dieselinstallatie
> vervallen tankproces
> vervallen bovenleiding bij alle beweegbare bruggen
Verlaging investeringsdrempel voor elektrificatie
met tweederde
Benutten van bestaande bovenleiding op emplacementen
(Zutphen, Apeldoorn, etc. ) en deeltrajecten (Arnhem Zevenaar, Wierden - Enschede)
Strategische tussenstap naar 100% elektrificatie, geen
desinvestering
Milieuvoordelen:
> aanzienlijke vermindering uitstoot CO2
> veel minder geluidsoverlast
> geen luchtvervuiling door fijnstof, roet
> geen schadelijke gassen CO, NOx,
> geen vervuiling bij tanken
Beschikbaarheid:
> minder rijdraadbreuken (kraan van de maand
op overwegen)
Veiligheid:
> geen brandbare vloeistoffen aan boord
Nadelen
Investering door provincie/vervoerder in
ombouw materieel (meegenomen in de
business case)
Beschikbaarheid
> materieelstoring accusysteem
> (verwaarloosbare) kans lege accu
Veiligheid:
> grote hoeveelheid energie aan boord
Tabel 3.4.1. Voor/nadelen toepassing partiële bovenleiding als alternatief voor dieseltractie
11
RailEvent
Voordelen
Positieve business case door:
> hergebruik remenergie max. 30% van het totale
verbruik
> tweederde besparing aanleg bovenleiding
> tweederde besparing op onderhoud bovenleiding
Beschikbaarheid:
> minder rijdraadbreuken (kraan van de maand
op overwegen)
> noodstroomvoorziening aan boord bij uitval
van de bovenleidingspanning
* trein kan verder rijden
* hulpverbruik (verwarming etc.) werkt langer
Nadelen
Investering door provincie/vervoerder in
ombouw materieel (meegenomen in de
business case)
Beschikbaarheid
> materieelstoring accusysteem
> (verwaarloosbare) kans lege accu
Veiligheid:
> grote hoeveelheid energie aan boord
Tabel 3.4.2 Voor/nadelen partiële bovenleiding op bestaande volledig geëlektrificeerde
trajecten
4
Samenvatting uitgevoerde studies partiële bovenleiding
4.1
RailEvent 2007, case Apeldoorn - Zutphen, o.g. prv. Gelderland
Gelderland kent momenteel nog veel niet geëlektrificeerde baanvakken, waar dieseltreinen
rijden. In de studie van RailEvent in 2007 is voor de case Zutphen - Apeldoorn partiële
bovenleiding vergeleken met de huidige dieseltractie en met volledige elektrificatie [1]. De
studie is betaald uit het OV-innovatiebudget van de provincie Gelderland.
Er zijn in principe twee basisvarianten te onderscheiden bij partiële bovenleiding:
1. bovenleiding aan de uiteinden van het baanvak of
2. alleen bovenleiding bij en nabij de halte.
In de studie is aangetoond, dat bovenleiding per halte met een totale lengte van ca. 1500 m de
beste oplossing is, omdat de energie-opslagcapaciteit in de trein beperkt blijft.
Tevens is aangetoond, dat supercaps afvallen als energie-opslagmedium door hun hoge gewicht
ondanks hun positieve eigenschappen m.b.t. de levensduur en rendement. Accu’s hebben de
voorkeur. De accu’s worden tevens gebruikt voor hergebruik van remenergie, wat mede
bijdraagt aan een positieve business case.
Ten opzichte van de huidige exploitatie met dieseltreinstellen bedraagt de berekende besparing
door toepassing van het concept partiële bovenleiding € 509.000 per jaar op het baanvak
Zutphen - Apeldoorn. Extrapolatie van deze besparing naar alle niet geëlektrificeerde
baanvakken in de provincie Gelderland leidt tot een besparing van ca. 4 miljoen euro per jaar. De
belangrijkste milieuwinst is een vermindering van de CO2 uitstoot met ca. 12 miljoen kilogram
per jaar door toepassing van milieuvriendelijk opgewekte elektrische energie. Ten opzichte
van de variant volledige elektrificatie bespaart de partiële bovenleiding per jaar ca. € 200.000
12
RailEvent
op het baanvak Zutphen - Apeldoorn. De investering in de bovenleiding bedraagt bij partiële
bovenleiding slechts een derde van de investering bij volledige elektrificatie.
4.2
Strukton 2010, draadloos groen
In het rapport van Strukton uit 2010 worden verschillende oplossingen besproken betreffende
het opslaan van elektrische energie in de trein [2]. Aanleiding was een ontwikkeling in de Lithium
ion accutechniek, waardoor met een relatief hoog vermogen kan worden geladen en ontladen.
Strukton wil deze technologie introduceren op de railmarkt. De volgende toepassingen, die in het
rapport beschreven worden, hebben een relatie met dit onderzoek:
1. Partiële bovenleiding. Sinds 2010 werken RailEvent en Strukton samen om de huidige
dieseltractie op regionale spoorlijnen te vervangen door het innovatieve,
milieuvriendelijke concept ‘Partiële bovenleiding’. Strukton heeft dit concept inmiddels
vertaald naar een technische oplossing aan de voertuigzijde.
2. Hybride treinen, die zowel elektrisch als op diesel kunnen rijden. Hoewel met dit concept
niet de volledige milieuwinst wordt behaald, kan de uitstoot van broeikasgassen, fijn
stof, etc. met dit concept worden teruggedrongen. Zo kan een hybride trein met
tractieaccu’s voorzien worden van een kleine dieselmotor, die minder vervuild. Tevens
wordt in dit concept de remenergie opgeslagen. Strukton is voorts in overleg met een
Amerikaans bedrijf om een hybride locomotief voor het goederenvervoer te
introduceren op de Nederlandse markt.
3. Het voorzien van tram en light railmaterieel van een tractiebatterij is een project, waarin
Strukton samenwerkt met de TU Delft en de HTM. De specifieke voordelen zijn:
a. Energiebesparing door het terugwinnen van remenergie. Door de korte
halteafstanden met veel remmingen wordt veel remenergie teruggewonnen.
b. Geen ontsierende bovenleiding in prachtige middeleeuwse stadscentra of elders
in het landschap (geen horizonvervuiling).
4. Hergebruik van remenergie van treinen op geëlektrificeerde baanvakken inclusief
intercitytreinen. Strukton heeft in overleg met NS continue metingen uitgevoerd op ICMmaterieel.
De overige beschreven toepassingen hebben betrekking op: goedkoper bouwen van de
bovenleiding en bruggen en noodstroomvoorziening bij een defecte bovenleiding.
4.3
RailEvent 2011, update case Apeldoorn - Zutphen, o.g. ProRail
In 2007 is door RailEvent een haalbaarheidsstudie uitgevoerd naar het concept ‘Partiële
bovenleiding’ in opdracht van de provincie Gelderland. ProRail heeft n.a.v. deze studie een
reactie opgesteld. ProRail stelt dat partiële bovenleiding een aantrekkelijk concept is voor
regionale lijnen en dat nader onderzoek gewenst is. In 2011 heeft RailEvent in opdracht van
ProRail een nadere onderzoek uitgevoerd [3].
Conform de aanbeveling van ProRail is in de onderhavige studie gerekend met een lagere meer
realistische dieselolie prijs(toen nog rode diesel): € 0,88 per liter (was € 1,15 per liter).Ook zijn de
kosten van een compact onderstation met een laag vermogen nader onderbouwd op basis van
de ideeën voor het baanvak Zwolle – Kampen. Een dergelijk compact onderstation is begroot op
€ 600.000, het dubbele van wat aangenomen was in de haalbaarheidsstudie van 2007.
De gevolgen van deze aanpassingen leiden tot een verlaging van de netto jaarlijkse baten voor
partiële bovenleiding van ca. €500.000 naar €400.000 per jaar. Het betreft hier de vergelijking
13
RailEvent
van de variant ‘Partiële bovenleiding met recuperatie’ met de variant ‘Huidige situatie met
dieseltractie’ toegepast op het baanvak Zutphen - Apeldoorn. Het verschil is voornamelijk te
verklaren uit de lagere brandstofprijs. Een gunstig effect op de baten heeft het toepassen van Li
ion accu’s, die de laatste jaren een stormachtige ontwikkeling hebben doorgemaakt. De
resultaten van de haalbaarheidstudie van 2007 waren gebaseerd op loodzuuraccu’s.
De voordelen van Li ion accu’s zijn:
 een lange levensduur in cycli;
 geschikt voor het opnemen en afgeven van grote vermogens;
 laag gewicht en een klein volume.
Ook ten opzichte van ‘Volledige elektrificatie’ scoort ‘Partiële bovenleiding’ gunstig. De besparing
is becijferd op € 250.000 per jaar.
Gegeven de uitgangspunten van deze studie bleek dat volledige elektrificatie rendabel is. De
variant ‘Volledige elektrificatie’ bleek € 150.000 per jaar goedkoper te zijn dan de
dieselvariant.
Een onverwachte stop op een gedeelte zonder bovenleiding blijkt geen invloed op de
betrouwbaarheid te hebben. De opslagcapaciteit van de energiebuffer is ruim
overgedimensioneerd. M.a.w. de kans op stilstaan met een ‘lege tank’ is verwaarloosbaar
klein.
De belangrijkste conclusie van deze studie is dat de haalbaarheid van elektrische tractie met
partiële bovenleiding opnieuw rekenkundig is aangetoond.
4.4
RailEvent 2011, vernieuwing bvl Mariënberg - Emmen, o.g. ProRail
Gezien de positieve uitkomsten van de business case op niet geëlektrificeerde regionale
baanvakken werd door ProRail de volgende vraag gesteld. Stel dat we de bovenleiding van
baanvakken met relatief weinig treinverkeer moeten vernieuwen, is het dan goedkoper om daar
partiële bovenleiding toe te passen? M.a.w.: na de vernieuwing komt de bovenleiding niet
volledig terug. Deze situatie is door RailEvent in opdracht van ProRail in 2011 onderzocht voor de
case Zwolle - Emmen [4].
De volgende drie varianten ‘Partiële bovenleiding’ zijn vergeleken met de referentie variant,
‘volledige elektrificatie’:
1. elk treinstation is voorzien van een onderstation, gevoed uit het 10 kV net;
2. de huidige onder- en schakelstations blijven gehandhaafd, delen zonder bovenleiding
worden verbonden door 1500 V grondkabels;
3. elk treinstation is voorzien van een innovatief onderstation, gevoed met 380 V
Alle varianten met partiële bovenleiding gaven een besparing te zien ten opzichte van het
handhaven van volledige elektrificatie (zie tabel 4.4.1).
Het toepassen van partiële bovenleiding betekent dat er 37 km (63%) minder bovenleiding
behoeft te worden vernieuwd op een totaal van 58 km enkelspoor Mariënberg - Emmen.
14
RailEvent
Besparing
€/jaar
0. Referentievariant volledige elektrificatie
1. Elk treinstation een onderstation
2. Huidige onder- en schakelstations +1500V grondkabels
3. Innovatief onderstation
0
630.000
700.000
810.000
Investering
mio €
30,45
18,04
16,71
15,38
Tabel 4.4.1 Samenvatting financiële resultaten vernieuwing bestaande bovenleiding door partiële
Variant 2 ‘Huidige onder- en schakelstations’ wordt aanbevolen, omdat:
 capaciteitsuitbreiding van het innovatieve onderstation relatief duur is als de
treinfrequentie wordt verhoogd;
 er nog vele opties zijn om variant 2 te optimaliseren;
o kabel laten beginnen waar bovenleiding eindigt i.p.v. bij onderstation;
o optimalisatie aantal snelschakelaars in onderstation.
Om de vervoerder die in het materieel moet investeren, mee te krijgen, kan de
gebruiksvergoeding worden verlaagd. De vervoerder betaalt dan alleen een vergoeding voor het
gedeelte met bovenleiding. Het rendement op de investering neemt voor de vervoerder
daardoor toe van 1% naar 5%, terwijl het rendement op de investering voor ProRail daardoor
afneemt van 7% naar 6%.
Om partiële bovenleiding in te voeren is nog wel een praktijkproef nodig. Ook is er nog geen
rekening gehouden met eventuele uitbreiding van het goederenvervoer op het baanvak Emmen
- Mariënberg met elektrische tractie.
4.5
RailEvent/Strukton 2012, voorstel praktijkproef, o.g. ProRail
In het rapport ‘Praktijkproef partiële bovenleiding’ dat in 2012 is opgesteld door RailEvent en
Strukton, wordt een praktijkproef beschreven op het baanvak Emmen – Mariënberg – Almelo
met partiële bovenleiding gedurende 10 nachten [5]. NS heeft voor de proef een
tweewagentreinstel Mat64 (Plan V) gratis ter beschikking gesteld. Tevens is er een begroting
opgesteld voor moderner materieel SGM III.
Voor de optie ‘Plan V’ moet de bestaande tractiebesturing vervangen worden door een moderne
chopperbesturing om het terugwinnen van remenergie mogelijk te maken. SGMIII kan al
remenergie recupereren. Om deze redenen pakken de kosten bij de keuze voor Plan V hoger uit
dan voor SGMIII. Het accumulatorsysteem kan maximaal 580 kWatt vermogen leveren. Dit is
gelijk aan de huidige tractieprestatie van Plan V.
In de praktijkproef wordt de theorie van het energetisch model in de praktijk getoetst. In de
proef zal blijken of de vereiste rijkarakteristieken en rijtijden kunnen worden gehaald. Na afloop
van de praktijkproef kunnen conclusies worden getrokken over de betrouwbaarheid van het
concept partiële bovenleiding.
De proefcondities komen overeen met die op het baanvak Zutphen – Apeldoorn. De topsnelheid
bedraagt 100 km/h. De laatste 5 proefnachten wordt gependeld tussen Mariënberg en
Vroomshoop in een buitendienststelling. Deze proef vindt plaats op een niet geëlektrificeerd
15
RailEvent
baanvak. Tevens kan hiermee het gedrag van het systeem bij niet geplande stops in het deel
zonder bovenleiding worden getest. Tijdens de proef vinden de nodige metingen plaats om aan
het doel van de proef te kunnen beantwoorden.
In de proef worden alle voorgeschreven veiligheidsprocedures in acht genomen. Daarnaast
worden nog tal van andere veiligheidsmaatregelen genomen.
De doorlooptijd van het gehele project bedraagt voor optie ‘Plan V’ 11 maanden. De planning is
afgestemd met Strukton. De kosten van de proef zijn begroot op € 680.000 met SGMIII,
respectievelijk € 930.000 met Plan V.
4.6
RailEvent 2013, case Zevenaar - Winterswijk, o.g. prv. Gelderland
In 2007 waren de technische opties voor accumulatoren in de trein nog in ontwikkeling.
Toch was al wel duidelijk dat er potentieel in het idee zat; de positieve reacties van de
vervoerders en de infrabeheerder bevestigen dit. Door de razendsnel voortschrijdende
technologische ontwikkelingen is er in 6 jaar tijd veel veranderd. Denk bijvoorbeeld aan
de ontwikkeling van de Li ion accu. Bovendien zijn de kosten van fossiele brandstoffen
steeds verder toegenomen (afschaffen rode diesel). Deze ontwikkelingen en de
rijksbezuinigingen leidde tot een nieuwe opdracht vanuit de provincie Gelderland aan
adviesbureau RailEvent, met ondersteuning van PTADC. De studie is bedoeld om
beleidsmakers te ondersteunen in het bespreken en het bepalen van het vervolg.
In de studie worden twee materieelopties in combinatie met partiële bovenleiding
vergeleken [6]:
1. energieopslag in een elektrische trein (‘accumulatortrein’), waarmee de delen
zonder bovenleiding elektrisch worden overbrugd en waarmee remenergie kan
worden opgeslagen en hergebruikt.
2. door op de delen tussen de stations gebruik te blijven maken van de bestaande
dieselmotor (‘hybride trein: elektrisch + diesel’) In deze optie wordt de
remenergie teruggeleverd aan het onderstation.
Beide opties leveren in vergelijking met volledige elektrificatie een besparing in de
aanleg- en onderhoudskosten van de bovenleiding op van zo’n 70%.
Dit onderzoek is vooral bedoeld om meer inzicht te verkrijgen in de belangrijkste
kosten/batenaspecten van de vier verschillende voertuigoplossingen, te weten:
I. de huidige dieselexploitatie (=referentievariant, geen elektrificatie)
II. de hybride trein (t.b.v. partiële elektrificatie)
III. de accumulatortrein (t.b.v. partiële elektrificatie)
IV. elektrisch materieel (eindbeeld referentie, t.b.v. volledige elektrificatie)
In overleg met de provincie Gelderland zijn de volgende scenario’s onderzocht:
 partiële elektrificatie Zevenaar - Doetinchem - Winterswijk;
 volledige elektrificatie Zevenaar - Doetinchem en
partiële elektrificatie Doetinchem - Winterswijk;
16
RailEvent


volledige elektrificatie Zevenaar - Doetinchem,
geen elektrificatie Doetinchem - Winterswijk;
volledige elektrificatie Zevenaar - Doetinchem - Winterswijk.
De variant partiële bovenleiding met de accumulatortrein is op basis van de thans
beschikbare cijfers en inschattingen de meest economische variant. Ten opzichte van de
huidige dieseltractie is er sprake van een besparing van € 1,8 miljoen per jaar voor de
treindienst op het baanvak Arnhem - Winterswijk. (ombouw bestaand materieel: € 1,4
miljoen p.j.). Ten opzichte van volledige elektrificatie bedraagt de besparing per jaar €
0,60 tot € 0,90 mio per jaar afhankelijk van de mate waarin de remenergie in de
elektrificatievariant wordt teruggewonnen. Vergeleken met de hybride variant is de
besparing berekend op € 0,60 mio per jaar bij ombouw van bestaand materieel.
De huidige dieseltractie is op basis van de jaarkosten duurder dan volledige elektrificatie.
De variant volledige elektrificatie tussen Zevenaar en Winterswijk is qua jaarkosten lager
dan alle varianten met de hybride trein in combinatie met partiële bovenleiding.
Aanbevolen wordt het volledige traject tussen Doetinchem en Zevenaar te elektrificeren
als eerste stap in de overgang naar elektrische tractie. Hoewel partiële bovenleiding hier
een goedkoper alternatief is, wordt om strategische redenen volledige elektrificatie
aanbevolen. Het traject kan dan gebruikt worden om partiële bovenleiding uit te testen
zonder overlast voor de reizigers.
De varianten partiële bovenleiding met de accumulatortrein en volledige elektrificatie
Zevenaar - Winterswijk kennen geen geluidsemissie van dieselmotoren, geen locale
uitstoot van CO2, koolmonoxide, stikstofoxiden en roet. Indien de elektrische energie
groen wordt opgewekt, is er zelfs sprake van volledig emissievrij rijden. Partiële
bovenleiding met de hybride trein geeft meer dan de helft (64% tot 83%) minder
uitstoot van schadelijke stoffen dan de huidige dieselvariant.
De haalbaarheid van de hybride trein is reeds in de praktijk aangetoond. Om de
haalbaarheid van de accumulatortrein te bevestigen is een praktijkproef nodig.
Voor alle varianten bedraagt de doorlooptijd tot invoering minimaal 3 tot 4 jaar, omdat
infra-aanpassingen nodig zijn en materieel besteld c.q. omgebouwd moet worden. Voor
de accumulatortrein komt daar nog 2 jaar bij i.v.m. het houden van een praktijkproef.
17
RailEvent
5
Casestudies
5.1
Groningen - Leeuwarden
Al sinds de partiële spoorverdubbeling van het baanvak Groningen - Leeuwarden in de jaren
negentig speelt de discussie van een mogelijke elektrificatie van dit baanvak. De belangrijkste
reden, dat elektrificatie er tot nu toe niet van gekomen is, is de forse investering die dit vergt: in
dit rapport geschat op ca. 100 miljoen. Onderzocht is in welke mate het toepassen van partiële
bovenleiding (gedeeltelijke elektrificatie) bijdraagt aan het terugbrengen van de investering.
Uitgangspunten
De aanpak in deze studie is iets gewijzigd ten opzichte van voorgaande studies. In die studies had
de toepassing betrekking op niet intensief bereden baanvakken (b.v. Zutphen - Apeldoorn,
Leeuwarden - Harlingen, Groningen - Roodeschool, etc.) Uitgangspunt was daar: een innovatief,
relatief goedkoop onderstation per halte met een laag vermogen. Op het baanvak Groningen Leeuwarden bedraagt de frequentie meer dan 2 treinen per uur per richting en rijden er zowel
snel- als stoptreinen. I.v.m. de toekomstvastheid is hier gekozen om niet iedere halte zijn eigen
onderstation te geven, maar aan te sluiten bij een meer standaard aanpak zoals toegepast op
andere vergelijkbare baanvakken in Nederland. Een bijkomende reden voor deze keuze is dat
deze aanpak leidt tot een variant, die optimaal gebruik maakt van de tariefstructuur van de
beheerder van het elektriciteitsnetwerk. De provincie Groningen had gevraagd hier speciaal
aandacht aan te besteden en de kosten van een 10 kV aansluiting meer gedetailleerd mee te
nemen. De onderstations worden gevoed door een eigen ProRail 10 kV kabel tussen Leeuwarden
en Vierverlaten (nabij Groningen). Er worden in deze variant minder maar duurdere
onderstations toegepast van € 1,47 miljoen per stuk.
De berekeningen zijn gebaseerd op een materieelbehoefte van 14 stuks GTW2/8 treinstellen. Dit
aantal is bepaald door de praktijkinzet in de spits op te nemen plus een reservepercentage van
20%. In het model zijn de GTW 2/6 treinstellen omgerekend naar equivalente GTW 2/8
treinstellen op basis van de treinlengte. De overige uitgangspunten staan beschreven in bijlage 1
en bijlage 2. Het totaal aantal treinstelkilometers is geschat op: 2.000.000 per jaar.
In figuur 5.1.1 is een beeld gegeven van welke delen geëlektrificeerd worden in de variant
partiële bovenleiding.
OS
Lw
OS
Hdg
OS
Vwd
OS
Bp
OS
Gk
OS
Zh
OS
Gn
Cam
Zww
Geen bovenleiding
Figuur 5.1.1. Configuratie variant partiële bovenleiding
In tabel 5.1.1 zijn de resultaten van de business case weergegeven.
18
RailEvent
Onderstation
Bovenleiding
Materieel vast
Materieel variabel
Energie Diesel
Energie Elektrisch
Totaal
Besparing t.o.v. huidig
Besparing t.o.v. elektrificatie
Dieseltractie
mio € / jaar
0,00
0,00
2,79
2,66
2,86
0,00
8,31
-
Elektrificatie
mio € / jaar
0,51
2,00
2,50
2,10
0,00
0,85
7,96
0,35
-
Investering mio (inc l. mat) €
55,00
103,00
Partiële bovenleiding
mio € / jaar
0,51
0,77
2,91
2,13
0,00
0,63
6,95
1,36
1,01
77,0
Tabel 5.1.1 Jaarkosten per variant Groningen - Leeuwarden
In de studie is uitgegaan van een stijgende dieselprijs naar 1,30 €/liter. Zo was de stijging van de
dieselprijs in de periode 2006 - 2013 gemiddeld 4,5% per jaar (broncijfers CBS). Als we uitgaan
van de huidige dieselprijs voor grootverbruikers in de spoorsector (1,13 €/liter) dan wordt de
huidige variant met dieseltractie goedkoper. De resultaten van deze gevoeligheidsanalyse staan
in tabel 5.1.2.
Onderstation
Bovenleiding
Materieel vast
Materieel variabel
Energie Diesel
Energie Elektrisch
Totaal
Besparing t.o.v. huidig
Dieseltractie
mio € / jaar
0,00
0,00
2,79
2,66
2,49
0,00
7,94
-
Elektrificatie
mio € / jaar
0,51
2,00
2,50
2,10
0,00
0,85
7,96
-0,02
Partiële bovenleiding
mio € / jaar
0,51
0,77
2,91
2,13
0,00
0,63
6,95
0,99
Tabel 5.1.2 Jaarkosten per variant Groningen - Leeuwarden, dieselprijs 1,13 €/liter
Conclusies
De netto winst van partiële bovenleiding ten opzichte van de huidige dieseltractie is berekend op
1,36 miljoen € per jaar. Uitgaande van de huidige dieselprijs blijft de besparing nog steeds
aanzienlijk met 1,0 miljoen €/jaar. De netto winst van partiële bovenleiding ten opzichte van
volledige elektrificatie is berekend op 1,0 miljoen € per jaar. Op de investering in de bovenleiding
kan ca. 30 miljoen € worden bespaard. Hiertegenover staat een investering in het materieel van
€ 3 miljoen in de accumulatoren. Een interessante optie is uit te gaan van de ombouw van
bestaand GTW-DMU-materieel. Deze variant kan op verzoek in een vervolg op financiële
consequenties worden onderzocht. Uit tabel 5.1.1. en tabel 5.1.2 volgt verder dat bij de huidige
dieselprijs volledige elektrificatie qua jaarkosten ongeveer gelijk is aan dieseltractie. Bij een
verder stijgende dieselprijs ten opzichte van de elektriciteitsprijs is elektrificeren goedkoper.
19
RailEvent
5.2
Zevenaar - Doetinchem
Als aanvulling op de studie, die in 2013 is uitgevoerd in opdracht van de provincie Gelderland, is
onderzoek gedaan naar het trajectdeel Arnhem - Zevenaar - Doetinchem. Dit deel komt als
eerste in aanmerking voor elektrificatie. Evenals in de voorgaande studie zijn berekeningen
gebaseerd op een aanzetvermogen van 720 kW. Dit komt overeen met het aanzetvermogen van
het huidige dieselmaterieel.
In figuur 5.2.1 is een beeld gegeven van welke delen van het baanvak Zevenaar - Doetinchem
geëlektrificeerd worden in de variant partiële bovenleiding. Evenals in de studie Groningen Leeuwarden wordt aangesloten bij de huidige ontwerpwijze; dit resulteert in een nieuw
onderstation en een nieuw schakelstation. In het oorspronkelijke concept is uitgegaan van een
innovatief onderstation met een laag aansluitvermogen. Dit is bijvoorbeeld te realiseren door
aansluiting op het 380V net in combinatie met energiebuffers in het onderstation.
OS
Vpb
OS
Zv
SS
Did
Ah
1500 V verbindingskabel
Wl
Figuur 5.2.1. Configuratie variant partiële bovenleiding
OS
Dtch
Dtc
Geen bovenleiding
Voor de overige uitgangspunten wordt verwezen naar bijlage 1. Op verzoek van de provincie
Gelderland is de materieelbehoefte op het baanvak Arnhem - Winterswijk geverifieerd. Hiertoe
is in de praktijk vastgesteld wat de treinlengtes in de spits zijn. Het betrof de avondspits op 6-12014. De BRENG-treinen die op werkdagen tussen Arnhem en Doetinchem pendelen, rijden in
de spits op de maximale treinlengte van 3 treinstellen. Dit geldt voor alle 3 treincomposities die
in omloop zijn. Aangenomen wordt dat er bovendien 1 reservetreinstel aanwezig is. Het totaal
aantal GTW DMU2/8 treinstellen van BRENG wordt daarmee 10 stuks. Het totaal aantal
treinstelkilometers van de BRENG-treinen is geschat op: 559.000 per jaar. De treinen van Arriva
blijven in deze variant ongewijzigd. Zij rijden door naar Winterswijk met dieseltractie.
In tabel 5.2.1 zijn de resultaten van de business case weergegeven uitgaande van een stijgende
dieselprijs. In tabel 5.2.2 zijn de resultaten weergegeven op basis van de huidige dieselprijs
20
RailEvent
Onderstation
Bovenleiding
Materieel vast
Materieel variabel
Energie Diesel
Energie Elektrisch
Totaal
Besparing t.o.v. huidig
Besparing t.o.v. elektrificatie
Investering mio €
Dieseltractie
mio € / jaar
0,00
0,00
1,99
1,41
0,80
0,00
4,20
-
Elektrificatie
mio € / jaar
0,11
0,44
1,79
1,17
0,00
0,35
3,86
0,34
-
39,00
47,00
Partiële bovenleiding
mio € / jaar
0,13
0,23
2,03
1,19
0,00
0,19
3,77
0,43
0,09
44,0
Tabel 5.2.1 Jaarkosten per variant Arnhem - Doetinchem
Onderstation
Bovenleiding
Materieel vast
Materieel variabel
Energie Diesel
Energie Elektrisch
Totaal
Besparing t.o.v. huidig
Dieseltractie
mio € / jaar
0,00
0,00
1,99
1,41
0,70
0,00
4,10
-
Elektrificatie
mio € / jaar
0,11
0,44
1,79
1,17
0,00
0,35
3,86
0,24
Partiële bovenleiding
mio € / jaar
0,13
0,23
2,03
1,19
0,00
0,19
3,77
0,33
Tabel 5.2.2 Jaarkosten per variant Arnhem - Doetinchem, huidige dieselprijs 1,13 €/liter
Conclusies
De netto winst van partiële bovenleiding ten opzichte van de huidige dieseltractie is berekend op
€ 430.000 per jaar, respectievelijk € 330.000 per jaar bij de huidige dieselprijs. De netto winst van
partiële bovenleiding ten opzichte van volledige elektrificatie is beperkt en berekend op € 90.000
per jaar. Op de investering in de bovenleiding kan ca.€ 5 miljoen worden bespaard.
Hiertegenover staat een investering in het materieel van ca. € 2 miljoen. Aanbevolen wordt zo
snel mogelijk van de dure fossiele brandstoffen af te komen en te investeren in elektrificatie.
Voor het baanvak Zevenaar - Doetinchem zijn de netto baten per jaar van partiële bovenleiding
gering t.o.v. volledige elektrificatie. Het voordeel van partiële bovenleiding is hier vooral het
verlagen van de investeringsdrempel met ca. € 3 miljoen. De grootste winst van partiële
bovenleiding wordt behaald op het trajectdeel Doetinchem - Winterswijk [6]. Uit strategische
overwegingen wordt aanbevolen het traject Zevenaar - Doetinchem volledig te elektrificeren.
5.3
Effect 3000 Volt i.p.v. 1500 Volt tractiespanning
ProRail onderzoekt de mogelijkheden om de huidige bovenleidingspanning van 1500 Volt te
vervangen door een systeem met 3000 V bovenleidingspanning. De ombouw betreft het
21
RailEvent
gehele Nederlandse spoorwegnet, dat voorzien is van 1500 Volt bovenleidingspanning.
Daartoe moeten alle treinen en onderstations worden aangepast. De genoemde voordelen
van 3000 V zijn:
 het vermogen van de treinen kan worden opgevoerd, waardoor de rijtijd afneemt;
 de energieverliezen in de bovenleiding verminderen (van ca. 5 % nu bij 1500 V naar ca.
2% bij 3000 V);
 de mogelijkheden van teruglevering van remenergie aan de bovenleiding nemen toe.
Wel stellen we ons nu de vraag wat de consequenties zijn van deze transformatie voor het
concept partiële bovenleiding. Op dit moment is nog niet duidelijk hoe het concept 3000 V er
precies uit zal zien. Veel vragen zijn nog niet beantwoord:
1. Wordt gekozen voor een dunnere rijdraad of wordt de huidige rijdraad gehandhaafd
en wordt de energiebesparing geïncasseerd?
2. Worden de huidige locaties van de onderstations gehandhaafd of wordt de afstand
tussen onderstations langer?
3. Worden de onderstations van compleet nieuwe apparatuur voorzien of wordt de
huidige apparatuur gemodificeerd?
Gezien de scope van dit onderzoek en de onduidelijkheid over de invulling van het 3 kV
concept, beperken we ons hier tot de energetische consequenties voor de case Groningen Leeuwarden. Dit vertaalt zich in de volgende uitgangspunten:
1. de koperdoorsnede van de bovenleiding wijzigt niet;
2. de onderstationsafstand wijzigt niet (handhaven huidige voorziene locaties);
3. de kosten van een 3000V en een 1500V onderstation zijn gelijk;
4. de kosten voor de ombouw van dieselmaterieel naar elektrisch materieel zijn voor
zowel 1500 V als 3000 V gelijk
5. handhaven topsnelheid 140 km/h en aanzetkarakteristiek.
In tabel 5.3.1 is de energiebesparing van een 3000 V t.o.v. een 1500 V systeem in kaart
gebracht voor zowel volledige als partiële bovenleiding.
Bvl spanning
Elektrificatie
1500 V
3000 V
1500 V
3000 V
volledig
volledig
partieel
partieel
Energievraag
treinen
MJ/rit
1386
1249
986
986
Energieverlies
bovenleiding
MJ/rit
38
12
27
8
Gemiddelde
verbruik
kWh/stelkm
4,27
3,85
3,16
3,11
Totale
jaarkosten
x €1000
7964
7916
6951
6945
Tabel 5.3.1 Effecten verhogen van systeemspanning naar 3000 V, case Groningen – Leeuwarden
Conclusies
Aangezien er veel treinen gelijktijdig remmen en weer optrekken is de winst door het
terugwinnen van remenergie beperkt. Dit is het geval bij de passeerstations Hurdegaryp,
Zuidhorn en Buitenpost. De energiebesparing wordt met name gerealiseerd als een stoptrein
een sneltrein tegemoet komt. Bij partiële bovenleiding wordt alle remenergie al gerecupereerd
in de accu’s. Daar valt dus geen winst te behalen. Het energieverlies in de bovenleiding is in
absolute zin beperkt. Daardoor valt de energiewinst die te behalen is met 3000V in beide
varianten tegen, ook al is de relatieve winst hier groot. De positieve effecten in de jaarlasten van
22
RailEvent
partiële bovenleiding lopen een fractie terug van € 1,01 mio naar € 0,97 mio per jaar bij
toepassing van 3000V bovenleidingspanning.
6
Elektrificatie- en vernieuwingsscenario III
6.1
Beschrijving van het scenario
De huidige bovenleiding in Nederland is voor het merendeel begin jaren vijftig in de vorige eeuw
aangelegd. Vanuit het Platform RITS, Rail Innovatief Technologische Samenwerking, wordt onder
meer nagedacht over hoe de bovenleiding op leeftijd innovatief en tegen zo laag mogelijke
kosten vervangen kan worden. In het platform RITS werken ProRail, de spooraannemers en de
ingenieursbureaus samen. Aan Strukton is gevraagd om in samenwerking met RailEvent een
vernieuwingsscenario van de bovenleiding op te stellen, waarbij het concept partiele
bovenleiding wordt toegepast. In het gevoerde overleg is dit aangeduid met scenario III. Het
ProRail management stelde als voorwaarde, dat vervoerders en/of opdrachtgevende provincies
mee participeren in het onderzoek naar dit scenario. Het bleek dat drie provincies hun interesse
toonden voor dit onderzoeknaar partiële bovenleiding, terwijl NS weinig prioriteit gaf aan
toepassingen van partiële bovenleiding op het hoofdrailnet. Vandaar dat de hier beschreven
uitwerking zich concentreert op de regionale lijnen met relatief minder treinverkeer.
De gedachtengang in scenario III was dat de vervanging van de bovenleiding van
geëlektrificeerde regionale lijnen door partiële bovenleiding besparingen oplevert. De bespaarde
investeringen worden weer aangewend om regionale diesellijnen partieel te elektrificeren.
In paragraaf 6.2 wordt de business case en een indicatie van de ombouwkosten beschreven van
scenario III. In paragraaf 6.3 volgt een implementatievoorstel.
6.2
Business case en ombouwkosten
In tabel 6.2.1 staan voor alle regionale diesellijnen de resultaten van de business case partiële
bovenleiding. Het betreft de diesellijnen in scenario III. De financiële kengetallen zijn gebaseerd
op de cases Apeldoorn - Zutphen, Arnhem - Winterswijk en Groningen - Leeuwarden. De cases
variëren m.b.t. frequentie, enkel spoor versus partieel dubbel spoor, halteafstanden, etc.,
waarmee een redelijk betrouwbaar gemiddeld kengetal ontstaat. Door te extrapoleren per km
baan ontstaan schattingen per baanvak. Optelling per baanvak geeft een beeld van het gehele
scenario III. In bijlage 4 zijn de gehanteerde kengetallen gegeven.
De besparingen zijn spoorsector breed, waarbij geen onderscheid gemaakt is tussen
vervoerder en infrabeheerder. Bij de invoering van partiële bovenleiding op alle diesellijnen
kan ca. € 18 miljoen per jaar worden bespaard ten opzichte van de huidige dieseltractie.
Hierbij is rekening gehouden met de investeringskosten in de elektrische energievoorziening
(rente+aflossing). Wordt uitgegaan van de huidige dieselprijs van 1,13 €/liter, dan bedraagt
deze besparing € 13 miljoen per jaar. De gevraagde investering in de energievoorziening
bedraagt bij invoering van partiële bovenleiding ca. 220 miljoen euro.
Het gebruikelijke alternatief met volledige elektrificatie is veel duurder en de investering
daarvan bedraagt ca. 500 miljoen euro. Ombouw van het bestaande dieselmaterieelpark naar
elektrisch materieel vraagt een investering van ca. € 30 miljoen. De investering nodig voor het
inbouwen van een accumulatoren is geschat op: €27 mio.
Ook qua jaarlasten is de variant partiële elektrificatie ca. €9 miljoen goedkoper dan volledige
elektrificatie. In beide elektrische varianten reduceert de uitstoot van CO2 met ca. 65.000 ton
23
RailEvent
per jaar in scenario III. De terugverdientijd van partiële bovenleiding als alternatief voor
dieseltractie is becijferd op 8 jaar, respectievelijk 10 jaar uitgaande van de huidige dieselprijs.
Het is daarmee bij uitstek een oplossing voor de rode dieselproblematiek.
Traject
Leeuwarden
Leeuwarden
Leeuwarden
Groningen
Sauwerd
Groningen
Zuidbroek
Zwolle
Zwolle
Almelo
Zutphen
Zutphen
Zutphen
Zevenaar
Elst
Nijmegen
Trajectlengte
[km]
Harlingen H.
Stavoren
Groningen 1)
Delfzijl
Roodeschool
Nieuweschans
Veendam
Kampen
Wierden
Mariënberg
Hengelo
Apeldoorn
Winterswijk
Winterswijk
Tiel
Roermond
Totaal
Tabel 6.2.1
26,0
50,0
54,1
37,8
26,9
46,3
7,4
13,4
39,8
18,9
45,0
17,7
43,5
50,2
31,7
84,5
593,2
Besparing
tov diesel
per jaar
[mio euro]
0,78
1,50
1,62
1,13
0,81
1,39
0,22
0,40
1,19
0,57
1,35
0,53
1,31
1,51
0,95
2,54
2) 17,80
Besparing
tov 100% bvl
per jaar
[mio euro]
0,39
0,75
0,81
0,57
0,40
0,69
0,11
0,20
0,60
0,28
0,68
0,27
0,65
0,75
0,48
1,27
8,90
Investering
part. bvl
[mio euro]
9,62
18,50
20,02
13,99
9,95
17,13
2,74
4,96
14,73
6,99
16,65
6,55
16,10
18,57
11,73
31,27
219,48
Investering
100% bvl
[mio euro]
CO2
reductie
[ton/jaar]
21,84
42,00
45,44
31,75
22,60
38,89
6,22
11,26
33,43
15,88
37,80
14,87
36,54
42,17
26,63
70,98
498,29
2834
5450
5897
4120
2932
5047
807
1461
4338
2060
4905
1929
4742
5472
3455
9211
64659
Resultaten business case vervangingsscenario III, diesellijnen
1) de extrapoleerde waarden in deze tabel kunnen tot 25% afwijken van de
hiervoor berekende business case; bvl=bovenleiding
2) Uitgaande van een dieselprijs van 1,13 €/liter wordt dit bedrag 13,05 miljoen
€/jaar
In tabel 6.2.2 is de business case gegeven voor de vervanging van geëlektrificeerde lijnen met
weinig treinverkeer door partiële bovenleiding.
Traject
Mariënberg
Barneveld N.
De Haar
Den Dolder
Geldermalsen
Heerlen
Tabel 6.2.2
Emmen
Ede
Rhenen
Baarn
Dordrecht
Kerkrade
Totaal
Trajectlengte
[km]
57,6
17,9
14,2
10,7
49,4
9,2
159,0
Besparing
part. bvl.
[mio euro]
0,71
0,22
0,17
0,13
0,61
0,11
1,96
Investering
part. bvl. RIB
[mio euro]
14,40
4,48
3,55
2,68
12,35
2,30
39,75
Investering
part. bvl. vv
[mio euro]
2,30
0,72
0,57
0,43
1,98
0,37
6,36
Investering
100% bvl
[mio euro]
30,53
9,49
7,53
5,87
26,18
4,88
84,27
Resultaten business case vervangingsscenario III, Geëlektrificeerde lijnen
met weinig treinverkeer vervangen door partiële bovenleiding
bvl = bovenleiding; RIB = RailInfraBeheerder (ProRail); vv = vervoerder
In tabel 6.2.2 ontbreekt Schiedam - Hoek van Holland, omdat deze lijn t.z.t. overgaat naar de
RET. Omdat partiële bovenleiding zowel goedkoper is qua investering als qua netto jaarlasten,
is de terugverdientijd gelijk nul. Uitvoering van dit plan betekent dat er in totaal: 84,27 - 39,75
24
RailEvent
- 6,36 = 38,16 mio euro minder behoeft te worden geïnvesteerd. Dit is niet voldoende om de
gevraagde investering voor de partiële elektrificatie van diesellijnen af te dekken. Maar dat is
ook niet nodig, omdat de business case daarvan toch al positief is.
Voorgesteld wordt om in scenario III geen bestaande lijnen van partiële bovenleiding te
voorzien.
Mariënberg - Emmen valt af, omdat:
 er ook goederenverkeer mogelijk moet zijn tussen Coevorden en Zwolle;
 de treinfrequentie in de spits is toegenomen naar 4 treinen per uur per richting;
 de huidige bovenleiding pas in 2067 vervangen behoeft te worden.
Barneveld - Ede valt af omdat deze lijn gebruikt wordt als omleidingsroute voor
goederentreinen en ICE treinen.
Heerlen - Kerkrade valt af vanwege:
 de zeer korte halte-afstanden;
 de huidige bovenleiding pas in 2066 vervangen behoeft te worden.
De baanvakken Den Dolder - Baarn en Veenendaal - Rhenen vallen af om logistieke redenen.
Er zou dan een deelpark SLT stoptreinmaterieel ontstaan, dat voorzien is van Li ion accu’s.
6.3
Implementatievoorstel
In de opdracht is gevraagd naar een implementatievoorstel van scenario III.
In tabel 6.3.1 is een implementatieplan (voorstel) voor scenario III gegeven.
25
RailEvent
Jaar
2014/2015
2015-2017
2016
2016-2017
Baanvak
Mariënberg-Emmen
Zevenaar-Doetinchem
2016-2019
Zwolle-Kampen
Zwolle-Wierden
Nijmegen-Roermond
2017-2020
Groningen-Leeuwarden
2017-2020
Doetinchem-Winterswijk
2018-2020
2030
Leeuwarden-Harlingen
Leeuwarden-Stavoren
Groningen-Delfzijl
Groningen-Roodeschool
Groningen-Zuidbroek
Zuidbroek-Leer
Zuidbroek-VeendamZutphen-Apeldoorn
Zutphen-Hengelo
Zutphen-Winterswijk
Elst-Tiel
Almelo-Mariënberg
2030
2030
Groningen-Leeuwarden
Nijmegen-Roermond
2021-2025
Toelichting
Proef gedurende twee weken zonder reizigers
Volledige elektrificatie + proef part. bvl. 1 treinstel in
reizigersdienst
Go / No Go ogv praktijkervaringen
Partiële elektrificatie. Gereed voor nieuwe concessie in 2017(?).
Nieuwbouw GTW EMU’s met accumulator
Partiële elektrificatie als tussenstap naar volledige elektrificatie
op de lange termijn. Nieuwe concessie in 2017(?). Ombouw
betreffende GTW DMU’s. Overgangsregeling afspreken.
Partiële elektrificatie als tussenstap naar volledige elektrificatie
op de lange termijn. Gereed voor nieuwe concessie in 2020.
Ombouw betreffende GTW DMU’s
Partiële elektrificatie. Gereed voor nieuwe concessie in
2020/2025. Ombouw betreffende GTW DMU’s
Partiële elektrificatie. Gereed voor nieuwe concessie in 2020.
Ombouw betreffende GTW DMU’s.
*)
Partiële elektrificatie. Gereed voor nieuwe concessie in 2025
(uitgangspunt hier: verlenging bestaande concessie met 5 jaar).
Ombouw betreffende GTW DMU’s.
Partiële elektrificatie. Nieuwbouw GTW EMU’s met
accumulator. Verkoop/sloop Lint materieel
Volledige elektrificatie, handhaven accumaterieel
Volledige elektrificatie, handhaven accumaterieel
Tabel 6.3.1 Implementatievoorstel scenario III
*) Geadviseerd wordt eerst met de kortste baanvakken te beginnen. Indien niet voldaan kan
worden aan de gevraagde aanlegcapaciteit, dan kan de bouwperiode iets worden verlengd,
waarbij een overgangsregeling moet worden afgesproken.
Voordat begonnen wordt met het traject Groningen-Zuidbroek-Leer/Veendam aan te pakken,
dient voor dit baanvak nog een afweging gemaakt te worden betreffende dieselhybride
materieel versus partiële bovenleiding met een accutrein.
26
RailEvent
7
Conclusies en aanbevelingen
7.1
Conclusies
Aan de hand van dit rapport kunnen de navolgende conclusies worden getrokken.
Partiële bovenleiding vervangt dieseltractie door elektrische tractie
De netto winst van partiële bovenleiding ten opzichte van de huidige dieseltractie is in de case
Groningen - Leeuwarden berekend op 1,0 miljoen per jaar uitgaande van de huidige dieselprijs,
respectievelijk 1,4 miljoen € per jaar bij een verder stijgende dieselprijs. De netto winst van
partiële bovenleiding bedraagt ten opzichte van volledige elektrificatie in deze case € 1,0 miljoen
per jaar. Op de investering in de bovenleiding van het baanvak Groningen - Leeuwarden kan ca. €
30 miljoen worden bespaard.
In een eerdere studie is berekend dat de netto winst op het baanvak Arnhem - Winterswijk € 1,8
miljoen per jaar bedraagt t.o.v. dieseltractie en € 1,0 miljoen t.o.v. volledige elektrificatie. De
winst op het deel Zevenaar - Doetinchem t.o.v. volledige elektrificatie is beperkt. Aanbevolen
wordt het deel Zevenaar - Doetinchem volledig te elektrificeren en daarna het resterende deel
Doetinchem - Winterswijk partieel.
Toepassing geëlektrificeerde lijnen met weinig treinverkeer
Uit de uitgevoerde studies m.b.t. partiële bovenleiding volgt dat het rendabel is om dit concept
ook toe te passen bij vernieuwing van de bovenleiding op bestaande geëlektrificeerde
baanvakken met weinig treinverkeer. Deze optie kent echter nauwelijks toepassingen. Slechts 7
baanvakken komen in theorie hiervoor in aanmerking. Echter de meeste baanvakken vielen af,
omdat de vernieuwing pas na 2060 plaatsvindt of omdat op het baanvak ook internationaal of
goederenvervoer moet plaatsvinden.
Toepassingen hoofdrailnet
Mogelijke toepassingen van partiële bovenleiding op het hoofdrailnet zijn:
 besparing op de infrastructuur in tunnels en bij beweegbare bruggen;
 noodstroomvoorziening voor hulpverbruik en/of tractie;
 gelijkmatige belasting van onderstations (kostenbesparing door peakshaving);
 oplossing voor de problematiek van de open span inrichting;
 het doorkruisen van een emplacement met een afwijkende bovenleidingspanning,
bijvoorbeeld bij een toekomstig 3000Volt-systeem.
Deze toepassingen zijn niet gekwantificeerd, omdat NS hier een lage prioriteit aan toekent.
Risico’s partiële bovenleiding
De belangrijkste risico’s en mitigerende maatregelen zijn:
 kans op een lege accu; de accu’s zijn i.v.m. de vereiste levensduur overgedimensioneerd
en steeds minimaal voor 70% gevuld;
 lek raken van de accu’s bij een aanrijding; toepassing van Li ijzerfosfaat accu’s levert
geen gevaar op;
 een te hoge laadstroom beschadigt bij stilstand de rijdraad; begrenzing van de
laadstroom regelen in het batterijmanagementsysteem.
Door de mitigerende maatregelen zijn de risico’s beheersbaar.
27
RailEvent
Strategische tussenstap
Ook kan partiële bovenleiding gezien worden als een strategische tussenstap naar volledige
elektrificatie. Het risico op een desinvestering is dus nihil. Als het treinverkeer groeit naar meer
dan 4 treinen per uur per richting, wordt het omslagpunt naar volledige elektrificatie bereikt.
Hybride trein
Partiële bovenleiding met de accumulatortrein blijkt meer rendabel te zijn dan partiële
bovenleiding in combinatie met de hybride trein (kan zowel op de bovenleiding als met diesel
rijden). De hybride trein is technisch een stap verder dan de accumulatortrein en vereist geen
praktijkproef.
Scenario III
In scenario III wordt op alle niet geëlektrificeerde baanvakken de dieseltractie vervangen door
elektrische aangedreven treinen volgens het concept partiële bovenleiding. Scenario III kent de
volgende voordelen:
 de netto jaarlasten zijn € 13 miljoen lager dan bij dieseltractie, respectievelijk € 18
miljoen bij een stijgende dieselprijs;
 investering van circa € 220 miljoen in de bovenleiding en onderstations, terwijl voor
volledige elektrificatie een investering van circa € 500 miljoen nodig is;
 65.000 ton minder uitstoot van het broeikasgas CO2 ;
 minder lokale milieuvervuiling m.b.t. stikstofoxiden,koolmonoxide en fijn stof.
De eindconclusie is dat op basis van de uitgangspunten in dit rapport vervangingsscenario III een
sterk positieve business case heeft. De realisatie strekt zich uit over een periode van 10 jaar
(2015-2025) en vraagt een investering van gemiddeld € 22 miljoen per jaar.
7.2
Open einden
Doordat NS een lage prioriteit gaf aan dit onderzoek, zijn de toepassingen op het hoofdrailnet
niet verder uitgewerkt, denk aan tunnels en beweegbare bruggen. In een mogelijk vervolg kan
partiële bovenleiding voor beweegbare bruggen en tunnels technisch verder uitgewerkt
worden en kan een business case worden opgesteld.
7.3
Go/No go issues
De Go/No go issues zijn de navolgende.
Praktijkproef zonder reizigers
Er dient op korte termijn een Go/No go besluit genomen te worden over het houden van een
nachtelijke praktijkproef met de accumulatortrein zonder dat er reizigers aan boord zijn [5].
Voorgesteld wordt om de kosten van deze proef te verdelen over de belanghebbende
provincies: Groningen, Fryslân, Overijssel, Gelderland en Limburg. Daarna volgt een Go/No go
besluit voor het doen van een praktijkproef in de reizigersdienst.
28
RailEvent
Praktijkproef in de reizigersdienst
Indien de proef zonder reizigers goed verlopen is, kan een praktijkproef met reizigers
plaatsvinden. Dit kan door 1 treinstel om te bouwen als accumulatortrein. De proef kan
plaatsvinden op een geëlektrificeerd baanvak: Zwolle - Emmen, Dordrecht - Geldermalsen of
Arnhem - Doetinchem als deze op korte termijn geëlektrificeerd wordt.
Daarna volgt een Go/No go besluit om het concept in te voeren op alle niet-geëlektrificeerde
lijnen.
7.4
Aanbevelingen m.b.t. vervolgstappen
De belangrijkste aanbeveling is om op korte termijn een nachtelijke praktijkproef met de
accutrein te organiseren, waarbij het concept partiële bovenleiding in de praktijk wordt
uitgetest. De overige aanbevelingen volgen uit de hiervoor beschreven Go/No go stappen en het
implementatievoorstel.
Omdat de business case positief is, leent de financiering van scenario III zich voor publiek
private financiering (PPS). De banken kunnen dan investeren, waarbij de overheid zich voor
een deel garant stelt.
Referenties
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
Haalbaarheidsonderzoek elektrische tractie met partiële bovenleiding, RailEvent,
23 oktober 2007.
Draadloos groen, Strukton Rolling Stock,
9 maart 2010.
Haalbaarheidsonderzoek elektrische tractie met partiële bovenleiding,
update case Zutphen - Apeldoorn, RailEvent, 28 oktober 2011.
EV-vernieuwingsplan Mariënberg - Emmen met partiële bovenleiding, RailEvent,
1 december 2011
Praktijkproef partiële bovenleiding met lithium accu’s en recuperatie, RailEvent i.s.m.
Strukton, 16 mei 2012, versie 2.0
Verkennend onderzoek partiële elektrificatie, technische alternatieven niet
geëlektrificeerde spoorlijnen - casus Arnhem - Winterswijk, RailEvent i.s.m. PTADC,
9 september 2013, versie 2.1
29
RailEvent
Bijlage 1
a.
b.
c.
d.
e.
f.
g.
h.
i.
j.
k.
Algemene uitgangspunten berekeningen partiële bovenleiding
Rentevoet: 3%
Bovenleiding investering: € 590.000 per km enkel spoor.
Bovenleiding onderhoud: € 2400 per jaar per km enkel spoor.
Investering € in materieel per treinstel GTW2/8: diesel 3,9 mio; elektrische trein 3,5 mio;
accumulatortrein 3,7 mio.
Materieel onderhoud (repo) variabel € per jaar per treinstel: diesel 100.000; elektrisch
96.000; accumulatortrein 98.000.
Materieel onderhoud (repo) variabel € per km per treinstel: diesel 0,57; elektrisch 0,38;
accumulatortrein 0,38
Investering Li ion accu’s per treinstel: 720 kW: 72.000 €; 1100 kW: 91.000, levensduur 4 jaar
Investering Chopper per treinstel: 100.000 €, levensduur 30 jaar
Energieprijzen: elektrisch 0,10 €/kWh; diesel 1,30 €/liter
Massa GTW 2/8 DMU 104,5 ton; EMU 101,0 ton; Accumulatortrein: 103,0 ton
Hulpverbruik 15% van het totale verbruik EMU (vaste waarde)
Bijlage 2
Specifieke uitgangspunten Groningen - Leeuwarden
huidig 10 kV-concept tractievoeding: twee 10 kV voedingspunten; 5 onderstations 4 MVA, 10 kV
kabel met een lengte van 47,2 km. Kosten netbeheerder:
 eenmalig per voeding punt: 170.000 €
 € 1795 per aansluiting per jaar
 € 2760 vast recht transport per aansluiting per jaar
 Gecontracteerd vermogen 16,56 € / kW per jaar
 maandpiek 1,63 € / kW
Investering onderstation:
 Elektrische apparatuur onderstation (trafo, gelijkrichters, HVI, GVI) 575.000 (30 jaar)
 Gebouw: 150.000 (60 jaar)
 10kV-aansluiting: 72.000 €/km 10 kV kabel, lengte 9,4 km per onderstation;
netbeheerder eenmalig: 68.000 per onderstation;
Totaal investering 10kV Per onderstation: € 748.000
Jaarlasten onderstation:
 Onderhoud elektrische apparatuur en gebouw per jaar: 1% van de investering.
 Onderhoud 10 kV kabel per jaar per os: € 6800
 Variabele kosten per jaar netbeheerder: € 19.600
Kostenmodel onderstation o.g.v. voorgaande gegevens:
 investering: 1,47 mio (36 jaar)
 variabele kosten per jaar: € 33.700
Logistieke input:
 14 treinstellen GTW 2/8;
 2 mio stelkms per jaar.
30
RailEvent
Bijlage 3
Specifieke uitgangspunten Zevenaar - Doetinchem
huidig 10 kV-concept tractievoeding: één 10kV voedingspunt; 1 onderstations 4 MVA, 10 kV kabel
met een lengte van 2,7 km. Kosten netbeheerder gebaseerd op de tarieven van Enexis.
Investering onderstation:
 Elektrische apparatuur onderstation (trafo, gelijkrichters, HVI, GVI) 575.000 (30 jaar)
 Gebouw: 150.000 (60 jaar)
 10kV-aansluiting: 72.000 €/km 10 kV kabel; netbeheerder eenmalig: 68.000 per
onderstation;
Totaal investering 10kV Per onderstation: € 748.000
Investering schakelstation:
 Elektrische apparatuur onderstation (GVI) 125.000 (30 jaar)
 Gebouw: 125.000 (60 jaar)
 1500 V-kabel: 72.000 €/km lengte: 4,7 km.
Jaarlasten onderstation:
 Onderhoud elektrische apparatuur en gebouw per jaar: 1% van de investering.
 Onderhoud 10 kV kabel per jaar per os: € 1900
 Variabele kosten per jaar netbeheerder: € 19.200
Jaarlasten schakelstation:
 Onderhoud elektrische apparatuur en gebouw per jaar: 1% van de investering.
 Onderhoud 1500V kabel per jaar per km: € 720, lengte 4,7 km.
Kostenmodel onderstation o.g.v. voorgaande gegevens:
 investering: 1,09 mio (36 jaar)
 variabele kosten per jaar: € 28.300
Kostenmodel schakelstation o.g.v. voorgaande gegevens:
 investering: 0,60 mio (36 jaar)
 variabele kosten per jaar: € 5900
Logistieke input:
 10 treinstellen GTW 2/8;
 559.000 stelkms per jaar.
31
RailEvent
Bijlage 4
Uitgangspunten business case Bovenleidingsvervangingsscenario III
De volgende kengetallen zijn afgeleid uit drie cases: Zutphen - Apeldoorn, Arnhem - Winterswijk,
Groningen - Leeuwarden. Het betreffen cijfers per kilometer baan:
 Netto besparing partiële bovenleiding t.o.v. dieseltractie per jaar per km: € 30.000 bij een
dieselprijs van 1,30 €/liter,
respectievelijk € 22.000 per jaar per km bij een dieselprijs van 1,13 €/liter
 Netto besparing partiële bovenleiding t.o.v. volledige elektrificatie
per jaar per km: € 15.000
 Investering onderstation partiële en volledige bovenleiding per km: € 140.000
 Investering bovenleiding partieel per km: € 230.000
 Investering bovenleiding 100% per km: € 700.000
32

Download Report